CN102466923B - Tft-lcd及其驱动方法和彩膜基板制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种TFT-LCD及其驱动方法和彩膜基板制造方法，其中TFT-LCD包括彩膜基板和阵列基板，所述彩膜基板上黑矩阵所在区域形成有第一条形电极和第二条形电极，所述第一条形电极和第二条形电极围设的区域包括至少一个子像素区域，包围各子像素区域，所述第一条形电极和第二条形电极电隔离。本发明提供的TFT-LCD及其驱动方法和彩膜基板制造方法，当第一条形电极和第二条形电极上施加信号时，能够在第一条形电极和第二条形电极之间形成水平电场，该水平电场可以减小液晶显示器的响应时间。

Description

TFT-LCD及其驱动方法和彩膜基板制造方法
技术领域
本发明实施例涉及液晶显示技术领域，尤其涉及一种薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，简称TFT-LCD)及其驱动方法和彩膜基板制造方法。
背景技术
液晶面板包括彩膜基板和阵列基板，彩膜基板上设置有透明电极，彩膜基板上的透明电极和阵列基板上的像素电极之间形成的电压差可以驱动夹设在这两个基板之间的液晶分子偏转。
如图1a所示为现有技术中液晶分子的一种排布方式，图1b所示为现有技术中液晶分子的另一种排布方式。图1a和图1b所示的是TN型液晶显示器中的液晶分子的排布。将彩膜基板上的透明电极和阵列基板上的像素电极之间形成的电压差称为VLC。当VLC为0时，在取向层的作用下，靠近取向层的液晶分子沿着摩擦方向排布，上下摩擦取向呈90度角，液晶分子呈螺旋状上升排列，如图1a所示，此时液晶面板呈现白画面。当VLC不为0时，液晶分子在VLC的作用下产生偏转，如图1b所示，此时液晶面板呈现黑画面。
在液晶面板从黑画面(即最低灰阶)变化到白画面(即最高灰阶)的过程中，光的透过率从10％上升到90％，此段时间称为上升时间(简称为ton)。在液晶面板从白画面变化到黑画面的过程中，光的透过率从90％下降到10％，此段时间称为下降时间(简称为toff)。液晶面板的响应时间是ton和toff的总和。如图2所示为现有技术中液晶面板的上升时间和下降时间与光的透过率的关系图，图2中横坐标为时间t，纵坐标为透过率Tr。
对于液晶面板而言，理论上来讲，响应时间应当是越短越好，然而，实际应用中，由于诸多因素的影响，例如旋转粘度、弹性系数、盒厚、温度以及驱动方式等，液晶面板通常都有较长的响应时间。如果响应时间太长，则会严重影响液晶面板的显示效果。
发明内容
本发明实施例提供一种TFT-LCD及其驱动方法和彩膜基板制造方法，解决现有技术中液晶面板响应时间长而影响显示效果的问题，减小液晶面板的响应时间。
本发明实施例提供一种TFT-LCD，包括彩膜基板和阵列基板，所述彩膜基板上黑矩阵所在区域形成有第一条形电极和第二条形电极，所述第一条形电极和第二条形电极围设的区域包括至少一个子像素区域，所述第一条形电极和第二条形电极电隔离。
本发明还提供了一种如前所述的TFT-LCD中的彩膜基板的制造方法，包括形成彩色滤色膜的步骤，还包括：在黑矩阵所在区域，形成第一条形电极和第二条形电极。
本发明还提供了一种如前所述的TFT-LCD的驱动方法，包括：
在子像素区域的薄膜晶体管打开后，像素电极上施加数据信号之前，向第一条形电极和第二条形电极上施加信号，使得所述第一条形电极和第二条形电极之间形成水平电场；
在所述像素电极上施加数据信号之后，在所述子像素区域的薄膜晶体管关断之前，撤去所述第一条形电极和第二条形电极上的信号。
本发明提供的TFT-LCD及其驱动方法和彩膜基板制造方法，在彩膜基板上黑矩阵区域设置有第一条形电极和第二条形电极，第一条形电极和第二条形电极之间电隔离，这样，当第一条形电极和第二条形电极上施加信号时，能够在第一条形电极和第二条形电极之间形成水平电场，该水平电场可以减小液晶显示器的响应时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a所示为现有技术中液晶分子的一种排布方式；
图1b所示为现有技术中液晶分子的另一种排布方式；
图2所示为现有技术中液晶面板的上升时间和下降时间与光的透过率的关系图；
图3所示为本发明TFT-LCD的结构示意图；
图4所示为图3中彩膜基板的平面示意图；
图5所示为本发明中各个信号的一种时序图；
图6所示为本发明中液晶分子在第一条形电极和第二条形电极形成的水平电场作用下偏转的示意图；
图7所示为本发明中液晶分子在第一条形电极和第二条形电极形成的水平电场作用下恢复到原始状态的示意图；
图8所示为本发明中各个信号的另一种时序图；
图9所示为本发明TFT-LCD中彩膜基板的制造方法第一实施例的流程图；
图10所示为本发明TFT-LCD的驱动方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图3所示为本发明TFT-LCD第一实施例的结构示意图，该TFT-LCD包括彩膜基板1和阵列基板2，彩膜基板1和阵列基板2之间夹设有液晶。在彩膜基板1的黑矩阵11所在区域形成有第一条形电极12和第二条形电极13。第一条形电极12和第二条形电极13围设的区域包括至少一个子像素区域，第一条形电极12和第二条形电极13电隔离。
如图4所示为图3中彩膜基板的平面示意图。图4中，第一条形电极12和第二条形电极13交错排布，形成类似于鱼骨的形状。第一条形电极12和第二条形电极13围设区域包括至少一个子像素区域。通常一个像素区域包括红、绿、蓝三个子像素区域，第一条形电极12和第二条形电极13交错排布围设而成的区域可以包括一个子像素区域；也可以包括三个子像素区域，即第一条形电极12和第二条形电极13围设而成的区域包括一个像素区域。第一条形电极12和第二条形电极13交错排布围设而成的区域可以包括更多个子像素区域，即第一条形电极12和第二条形电极13的排布较为稀疏。
图3所示的TFT-LCD还可以包括驱动电路3，该驱动电路3与第一条形电极12和第二条形电极13连接，用于在子像素区域的薄膜晶体管打开后，像素电极上施加数据信号之前，向第一条形电极12和第二条形电极13施加信号，使得第一条形电极和第二条形电极之间形成水平电场。
该驱动电路4还可以用于在像素电极上施加数据信号之后，在子像素区域的薄膜晶体管关断之前，撤去第一条形电极和第二条形电极上的信号。
下面详细介绍本发明TFT-LCD的工作原理。
在TN型的TFT-LCD中，在液晶显示器从黑画面变化到白画面的时间ton内，液晶分子从如图1b所示的状态变化到如图1a所示的状态。在液晶显示器从白画面变化到黑画面的时间toff内，液晶分子从如图1a所示的状态变化到如图1b所示的状态，toff与许多因素有关，例如旋转粘度、弹性系数、盒厚、温度以及驱动方式等等。
如图5所示为本发明中各个信号的一种时序图。GATEn为第n行栅线的驱动信号，Vpixel为第n行子像素的像素电极上施加的信号，Vcom为彩膜基板上的公共电极上施加的信号，Ebar为彩膜基板上的第一条形电极和第二条形电极上施加的信号形成的电压差。
数据线上的信号施加到像素电极上称为Vpixel，Vpixel是直接控制画面的信号。当一帧图像的数据线上的数据信号到来之前，一行子像素的栅线上的电压会升高，以第n行子像素为例，第n行栅线上的信号GATEn的上升沿到来的时刻T1要早于数据线上的信号到来的时刻。从T1时刻开始，第n行子像素的薄膜晶体管打开，从T3时刻开始，像素电极上开始施加数据信号。数据信号施加到像素电极上成为Vpixel的过程很快，为亚毫秒量级。当像素电极上施加信号完成后，VLC就产生了，在VLC的作用下液晶分子开始偏转或恢复初始状态(例如，从图1b所示的状态恢复到图1a的状态)。液晶分子偏转或恢复所需的时间很长，为毫秒量级。
下面分析第一条形电极和第二条形电极之间形成的水平电场对于ton的影响。
当第N帧时第n行子像素中的某个子像素M对应于黑画面，在第N+1帧时，该子像素M对应于白画面。在时刻T1，GATEn变为高电平。在时刻T3，数据线上的信号达到，开始施加到像素电极上，在亚毫秒量级的时间内，像素电极上的信号达到所需电压。
在本发明实施例中，在时刻T1和T3之间(大约5微秒)，驱动电路向第一条形电极和第二条形电极施加信号，使得第一条形电极和第二条形电极之间形成水平电场。
在时刻T1和T2之间，液晶分子没有发生偏转。Ebar在时刻T2产生之后，液晶分子在Ebar的作用下发生偏转。具体地，在时刻T2到时刻T3之间，对于子像素M而言，像素电极上仍然存在第N帧施加的信号(对应于最低灰阶)，此时VLC与Ebar同时存在，可以使得Ebar与VLC为同一数量级，这样，液晶分子在垂直和水平电场的复合作用下不再完全垂直，而是呈现一定的预倾角。如图6所示为本发明中液晶分子在第一条形电极和第二条形电极形成的水平电场作用下偏转的示意图。
在时刻T3到时刻T5之间，例如，在时刻T4撤掉第一条形电极和第二条形电极上的信号。时刻T5是GATEn变为低电平的时刻，即，第n行子像素的薄膜晶体管关断的时刻。在时刻T3到时刻T4之间，VLC为0，此时Ebar起主要作用，液晶分子在Ebar和弹性力的双重作用下开始恢复到原始状态，由于在时刻T2到T3之间已经形成了预倾角，因此，可以减小液晶分子恢复到原始状态所需的时间，即，减小ton。如图7所示为本发明中液晶分子在第一条形电极和第二条形电极形成的水平电场作用下恢复到原始状态的示意图。
在本发明中Ebar可以是一个常数，图5中，时刻T2和时刻T3的间隔应该尽量长，保证液晶分子充分形成预倾角，大约可以是3～5微秒。时刻T3和时刻T4之间的间隔不应太长，较佳地，可以不大于1毫秒，防止长时间地影响液晶盒内的电场分布，影响显示器的灰阶表现。由于时刻T2和T4之间的间隔短，为了加速液晶分子的回复，Ebar可以选择较大的值，Ebar值可以为至少三倍于VLC的值，这样能产生足够大的电场，改变盒内电场。
图8所示为本发明中各个信号的另一种时序图。下面分析第一条形电极和第二条形电极之间形成的水平电场对toff的影响。
当第N帧时第n行子像素中的某个子像素M对应于白画面(最高灰阶)，在第N+1帧时，该子像素M对应于黑画面(最低灰阶)。在时刻T1，GATEn变为高电平。在时刻T3，数据线上的信号达到，开始施加到像素电极上，在亚毫秒量级的时间内，像素电极上的信号达到所需电压。
在本发明中，在时刻T1和T3之间(大约5微秒)，驱动电路向第一条形电极和第二条形电极施加信号。
在时刻T1和T2之间，液晶分子处于图1a所示的状态。第一条形电极和第二条形电极之间的水平电场在时刻T2产生之后，水平电场会阻碍液晶分子的偏转。具体地，在时刻T2到时刻T3之间，对于子像素M而言，像素电极上仍然存在第N帧施加的信号(对应于最高灰阶)，此时VLC为0，液晶分子在大小为0的垂直电场VLC和大小不为0的水平电场Ebar的作用下保持原始状态。
在时刻T3到时刻T5之间，例如，在时刻T4撤掉第一条形电极和第二条形电极上的信号。时刻T5是GATEn变为低电平的时刻，即，第n行子像素的薄膜晶体管关断的时刻。在时刻T3到时刻T4之间，VLC不为0，此时第一条形电极和第二条形电极之间的水平电场与像素电极和彩膜基板上的透明电极之间的垂直电场共同起作用，液晶分子在水平电场和垂直电场的双重作用下开始偏转，然而水平电场在这个阶段对于液晶分子的偏转起到阻碍作用，因此，增大了液晶分子偏转到如图1b所示的状态所需的时间，即，增大了toff。
对于ton而言，第一条形电极和第二条形电极之间形成的水平电场在时刻T2到时刻T3之间产生，而该阶段内VLC不为0，待新的灰阶施加在像素电极上后，VLC为0，此时液晶分子在VLC和大小不为0的水平电场Ebar的作用下回复加速(因为Ebar比VLC大，因此Ebar对ton的影响较大)。假设第一条形电极和第二条形电极之间形成的水平电场对ton的减小系数为k1，现有技术中彩膜基板上没有设置第一条形电极和第二条形电极时ton取值为P1，那么，本发明中的ton取值为(1-k1)*P1。
对于toff而言，第一条形电极和第二条形电极之间形成的水平电场在时刻T2和时刻T3之间产生，而该阶段VLC为0，待新的灰阶施加在像素电极上后，即时刻T3之后，VLC不为0，此时液晶分子在大小不为0的VLC和水平电场Ebar的共同作用下旋转上升减速，相比ton时VLC为0时的加速作用，Ebar对toff的影响较小。假设第一条形电极和第二条形电极之间形成的水平电场对toff的增加系数为k2，现有技术中彩膜基板上没有设置第一条形电极和第二条形电极时toff的取值为P2，那么，本发明中的toff的取值为(1+k2)*P2。
本发明中液晶显示器的响应时间为(1-k1)*P1+(1+k2)*P2，现有技术中彩膜基板上没有设置第一条形电极和第二条形电极时液晶显示器的响应时间为P1+P2。对于TN型液晶显示器来说，通常P1大于P2，而k1大于k2因此，(1-k1)*P1+(1+k2)*P2小于P1+P2。
通过上述的分析可以看出，本发明提供的TFT-LCD，在彩膜基板上黑矩阵区域设置有第一条形电极和第二条形电极，第一条形电极和第二条形电极之间电隔离，这样，当第一条形电极和第二条形电极上施加信号时，能够在第一条形电极和第二条形电极之间形成水平电场，该水平电场可以减小液晶显示器的响应时间。
本发明的这种TFT-LCD，无需通过设置多种方向的取向层形成较大预倾角的方式来减小液晶显示器的响应时间，结构简单，制造工艺简单。
在本发明TFT-LCD中，第一条形电极和第二条形电极可以外覆盖弹性支撑材料，使得第一条形电极和第二条形电极既能形成水平电场，又能兼作隔垫物。
液晶显示器的阵列基板上沉积有TFT，TFT具有一定的高度。另外，第一条形电极和第二条形电极外覆盖的弹性支撑材料在收到挤压时会收缩，存在一定的收缩系数，该收缩系数可以根据具体的材料来确定，例如可以是0.8等数值。基于此，第一条形电极和第二条形电极的高度可以等于盒厚减去阵列基板上TFT的高度，再减去弹性支撑材料厚度与弹性支撑材料的收缩系数的乘积。
本发明提供的TFT-LCD彩膜基板的制造方法包括形成彩色滤色膜的步骤，还包括：在黑矩阵所在区域，形成第一条形电极和第二条形电极。
具体地，在形成第一条形电极和第二条形电极之后还可以包括：在基板上形成黑矩阵。
形成彩色滤色膜的步骤可以在形成黑矩阵之后执行，在形成彩色滤色膜之后还可以在基板上形成透明电极。
如图9所示为本发明TFT-LCD中彩膜基板的制造方法第一实施例的流程图，包括：
步骤201、在基板上沉积金属薄膜，在黑矩阵所在区域，形成第一条形电极和第二条形电极。
具体地，首先对基板进行清洗，在基板上沉积一层金属薄膜，金属材料可以是Cr等。再清洗基板，采用掩模板对光刻胶进行曝光，然后刻蚀，去除光刻胶，形成第一条形电极和第二条形电极。
步骤202、在经过步骤201后的基板上形成黑矩阵。
具体地，将经过步骤201之后的基板进行清洗，在基板上形成含有黑色颜料的光敏树脂等材料，采用掩模板对光刻胶进行曝光，然后刻蚀，去除光刻胶，形成黑矩阵。
步骤203、在经过步骤202之后的基板上形成彩色滤色膜。
具体地，将经过步骤202之后的基板进行清洗，在基板上形成红色滤色膜；再清洗基板，在基板上形成绿色滤色膜；再清洗基板，在基板上形成蓝色滤色膜。
步骤204、在经过步骤203之后的基板上形成透明电极。
具体地，将经过步骤203之后的基板进行清洗，在基板上形成覆盖层，再沉积一层透明导电薄膜，例如氧化铟锡(简称ITO)薄膜，采用掩模板对光刻胶进行曝光，然后刻蚀，去除光刻胶，形成透明电极。
对于如图3所示的TFT-LCD，经过步骤204之后，还可以包括形成隔垫物的步骤。对于如图6所示的TFT-LCD，可以在步骤201中，在基板上形成第一条形电极和第二条形电极之后，再沉积一层弹性支撑材料，使得弹性支撑材料外覆在第一条形电极和第二条形电极上，形成能够兼作隔垫物的第一条形电极和第二条形电极。弹性支撑材料可以是树脂类材料，可以采用沉积工艺覆盖在第一条形电极和第二条形电极上。
如图10所示为本发明TFT-LCD的驱动方法的流程图，包括：
步骤101、在子像素区域的薄膜晶体管打开后，像素电极上施加数据信号之前，向第一条形电极和第二条形电极上施加信号，使得第一条形电极和第二条形电极之间形成水平电场。
步骤102、在像素电极上施加数据信号之后，在子像素区域的薄膜晶体管关断之前，撤去第一条形电极和第二条形电极上的信号。
在步骤101中，第一条形电极和第二条形电极之间的电压差可以为三倍以上的VLC的值。
考虑到第一条形电极和第二条形电极之间的水平电场对于toff有阻碍作用，为了减小这种阻碍作用，可以使用过驱动技术，即在像素电极上施加数据信号之后，在子像素区域的薄膜晶体管关断之前，增大垂直电场，使得此期间VLC大于Ebar；而在子像素区域的薄膜晶体管打开后，像素电极上施加数据信号之前，使得Ebar为三倍以上的VLC的值。具体地，可以使得在时刻T1和T3之间施加的Ebar为三倍以上的VLC的值，在时刻T3和T4之间，使得VLC为Ebar的1～2倍。
本发明提供的TFT-LCD驱动方法，子像素区域的薄膜晶体管打开后，像素电极上施加数据信号之前，驱动电路向第一条形电极和第二条形电极上施加信号，使得第一条形电极和第二条形电极之间形成水平电场，该阶段形成的水平电场能够减小ton，但是会增大toff。然而对于ton的减小作用要大于对toff的增大作用，总体来看，第一条形电极和第二条形电极之间形成的水平电场能够减小液晶显示器的响应时间。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种TFT-LCD，包括彩膜基板和阵列基板，其特征在于，所述彩膜基板上黑矩阵所在区域形成有第一条形电极和第二条形电极，所述第一条形电极和第二条形电极围设的区域包括至少一个子像素区域，所述第一条形电极和第二条形电极电隔离；
所述TFT-LCD还包括驱动电路，与所述第一条形电极和第二条形电极连接，用于在子像素区域的薄膜晶体管打开后，像素电极上施加数据信号之前，向所述第一条形电极和第二条形电极施加信号，使得所述第一条形电极和第二条形电极之间形成水平电场。
2.根据权利要求1所述的TFT-LCD，其特征在于，所述第一条形电极和第二条形电极外覆弹性支撑材料，所述第一条形电极和第二条形电极兼作隔垫物。
3.根据权利要求2所述的TFT-LCD，其特征在于，所述第一条形电极和第二条形电极的高度等于盒厚减去阵列基板上TFT的高度，再减去弹性支撑材料厚度与弹性支撑材料的收缩系数的乘积。
4.根据权利要求1所述的TFT-LCD，其特征在于，所述第一条形电极和第二条形电极交错排布。
5.根据权利要求1所述的TFT-LCD，其特征在于，所述驱动电路还用于在所述像素电极上施加数据信号之后，在所述子像素区域的薄膜晶体管关断之前，撤去所述第一条形电极和第二条形电极上的信号。
6.一种如权利要求1-5中任一权利要求所述的TFT-LCD中的彩膜基板的制造方法，包括形成彩色滤色膜的步骤，其特征在于，还包括：在黑矩阵所在区域，形成第一条形电极和第二条形电极。
7.根据权利要求6所述的TFT-LCD中的彩膜基板的制造方法，其特征在于，在形成第一条形电极和第二条形电极之后还包括：在基板上形成黑矩阵。
8.根据权利要求7所述的TFT-LCD中的彩膜基板的制造方法，其特征在于，形成彩色滤色膜的步骤在形成黑矩阵之后执行，在形成彩色滤色膜之后还在基板上形成透明电极。
9.根据权利要求6-8中任一权利要求所述的方法，其特征在于，还包括：在基板上通过沉积工艺形成弹性支撑材料，使得所述弹性支撑材料外覆在所述第一条形电极和第二条形电极上。
10.一种如权利要求1-5中任一权利要求所述的TFT-LCD的驱动方法，其特征在于，包括：
在子像素区域的薄膜晶体管打开后，像素电极上施加数据信号之前，向第一条形电极和第二条形电极上施加信号，使得所述第一条形电极和第二条形电极之间形成水平电场；
在所述像素电极上施加数据信号之后，在所述子像素区域的薄膜晶体管关断之前，撤去所述第一条形电极和第二条形电极上的信号。
11.根据权利要求10所述的TFT-LCD的驱动方法，其特征在于，所述第一条形电极和第二条形电极上施加信号的电压差为像素电极和彩膜基板上的公共电极之间的电压差的三倍以上。
12.根据权利要求10所述的TFT-LCD的驱动方法，其特征在于，在子像素区域的薄膜晶体管打开后，像素电极上施加数据信号之前，所述第一条形电极和第二条形电极上施加信号的电压差为像素电极和彩膜基板上的公共电极之间的电压差的三倍以上；在所述像素电极上施加数据信号之后，在所述子像素区域的薄膜晶体管关断之前，所述像素电极和彩膜基板上的公共电极之间的电压差大于所述第一条形电极和第二条形电极上施加信号的电压差。
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